[发明专利]高止裂韧性埋弧焊丝、焊剂和焊缝金属

说明书

技术领域

本发明涉及一种高止裂韧性埋弧焊丝、焊剂和焊缝金属，属于焊接材料领域，特别是涉及一种适用于船体结构用止裂钢板的焊接加工。

背景技术

间断发生的船舶断裂事件引起了人们对于船舶结构断裂评定的重视，从保证船舶安全性、防止脆性断裂的角度，要求船舶用钢具有足够的断裂韧性。以大型集装箱船为例，板厚50-80mm、屈服强度超过400MPa的钢板逐渐应用到了舱口围板、上甲板等部位。目前，屈服强度400，470MPa的止裂钢版已在大型集装箱船上得到实际应用。国内已有宝钢、沙钢、鞍钢等钢厂专门开发了止裂钢板，且产品通过了止裂试验、以及船级社认证。

目前，已有部分桥梁设计单位提出了采用止裂钢用于关键部位建造，以提高桥梁结构抵抗断裂的能力。

船体结构和桥梁结构建造离不开焊接，焊接时引入的大量热量一方面改变了临近区域的微观组织，同时也带来了成分和组织上完全不同于母材钢板的焊缝区域。焊缝区域也同时具备止裂性能，才能确保船体结构整体上具备止裂性能。

专门匹配船体止裂钢、桥梁钢止裂钢的焊接材料，特别是埋弧焊丝和焊剂，未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备止裂性能的焊接材料和熔敷金属，特别是一种适用于船体结构的、埋弧焊接用焊丝、焊剂和焊缝金属；其中焊缝金属的-10℃的止裂韧性Kca≥6000N/mm²，同时抗拉强度≥600MPa，-40℃的冲击韧性＞100J，

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高止裂韧性埋弧焊丝、焊剂和焊缝金属，其特征在于：

焊丝化学成分(质量百分比)为：C≤0.06，0.5≤Mn≤1.5，Ni:0.5-3，余量为铁及其它元素；

焊剂化学成分(质量百分比)为：30≤CaO+CaF₂≤45，ZrO₂:0.5-5，Al₂O₃:5-17，碱度2.5-3.5之间；

焊缝金属化学成分(质量百分比)包含C≤0.06，O:0.026-0.045，Zr+Ti:0.02-0.10，B≤0.002，Nb≤0.02且100℃≤Ⅰ≤140℃，Ⅱ≥50℃，其中：

Ⅰ＝140-40×[C]+10×[Mn]+3×[Mo]-18×[Ni]-20×[Cu]+55×[Cr]；

Ⅱ＝149+240×[C]-57×[Mn]-20×[Ni]-53×[Cr]-62×[Mo]；

焊丝成分设计说明如下：

C容易促进焊缝中生成硬质相从而损伤止裂韧性，因而对止裂性能不利；同时，降低C含量也利于焊丝和焊缝中偏析控制，从而避免形成局部硬相组织，不利于止裂韧性；当其含量低于0.06％时，其组织均匀性得到显著提高。因此，其优选含量≤0.06。

Mn增加淬硬性、有利于抑制焊缝金属中珠光体形成、促进针状铁素体和贝氏体组织生成，因而有利于止裂韧性提高。但当其含量超过1.5％时，会显著增 加马氏体组织生成，损害止裂韧性；当其含量低于0.5％时，其提高止裂韧性的有益作用不明显。因此，优选Mn含量为0.5-1.5％。

Ni由于会韧化铁素体基体，因而对止裂韧性有利。当其含量低于0.5％时，其作用不明显；当其含量超过3％时，会使得焊缝金属中不可避免生成大量马氏体，从而损害止裂韧性。因此，优选Ni含量为0.5-3％。

焊剂成分说明如下：

CaO和CaF₂一方面会促进焊缝金属中的脱氧、脱硫和脱氢反应，从而去除氧、硫和氢等杂质元素，从而提高焊缝金属的止裂韧性。

当其总含量低于30％时，效果不显著；当其含量超出45％时，会增加焊接熔渣的粘度、破坏焊接工艺性能，脱渣难度增加。因此，优选含量是30-45％。

Zr是强脱氧剂、脱氮剂，通过ZrO2形式加入Zr一方面可去除氮，另一方面与Ca形成复合脱氧反应，会在焊缝金属中生成大量、尺寸细小、均匀密布的复合氧化物粒子，这些粒子会在随后的冷却相转变过程中促进针状铁素体的形成，在提高强度和低温韧性的同时，也有利于止裂韧性的提高。

当其含量低于0.5％时，作用不明显；当含量超出5％时，容易生成大颗粒夹杂物，从而破坏止裂韧性。因此，其优选含量是0.5-5.0％。